java - 有效地绘制大量粒子

Question

我写了一个粒子系统小程序；目前我正在创建并分别绘制每个粒子。(这里是代码)

BufferedImage backbuffer;
Graphics2D g2d;

public void init(){
    backbuffer = new BufferedImage(WIDTH,HEIGHT,BufferedImage.TYPE_INT_RGB);
    g2d = backbuffer.createGraphics();
    setSize(WIDTH, HEIGHT);

    //creates the particles
    for (int i = 0; i < AMOUNTPARTICLES; i++) {
        prtl[i] = new particleO();
        prtl[i].setX(rand.nextInt(STARTX));
        prtl[i].setY(rand.nextInt(STARTY));
        prtl[i].setVel(rand.nextInt(MAXSPEED)+1);
        prtl[i].setFAngle(Math.toRadians(rand.nextInt(ANGLESPREAD)));

        }

    //other code
}



    public void update(Graphics g) {        

    g2d.setTransform(identity);

    //set background
    g2d.setPaint(BGCOLOUR);
    g2d.fillRect(0,0,getSize().width,getSize().height);
    drawp();
    paint(g);           
    }


public void drawp() {

    for (int n = 0; n < AMOUNTPARTICLES; n++) {

    if (prtl[n].getAlive()==true){
            g2d.setTransform(identity);
            g2d.translate(prtl[n].getX(), prtl[n].getY());
            g2d.setColor(prtl[n].getColor());

            g2d.fill(prtl[n].getShape());


            }
    }

}

它的性能还不错，我可以用 20,000 个粒子获得大约 40FPS(尽管我有一台不错的笔记本电脑)。但是在我添加了碰撞检测之后(见下文)，这个数字直线下降到不到 2000，

public void particleUpdate(){
 for (int i = 0; i < AMOUNTPARTICLES; i++) {
        //other update code (posx, posy, angle etc etc)

          for (int j = 0; j < AMOUNTPARTICLES; j++) {

                if (i!=j && prtl[j].getAlive()==true){

                     if(hasCollided(i, j)){
                        prtl[i].setcolor(Color.BLACK);
                        prtl[j].setcolor(Color.BLACK);
     }
            }
  }

public boolean hasCollided(int prt1, int prt2){

        double dx = prtl[prt1].getX() - prtl[prt2].getX();
        double dy = prtl[prt1].getY() - prtl[prt2].getY();
        int edges =  prtl[prt1].getRadius() + prtl[prt2].getRadius();

        double distance = Math.sqrt( (dx*dx) + (dy*dy) );
        return (distance <= edges);


    }

我已经搜索了很多将粒子绘制到屏幕上的更好方法，但这些示例要么让我感到困惑，要么不适用。

我正在进行大量计算(太多)。但我想不出其他方法，欢迎提出建议。

Answer 1

首先，添加诸如碰撞检测之类的东西总是需要大量内存。但是，让我们看看您的碰撞检测算法

public void particleUpdate(){
 for (int i = 0; i < AMOUNTPARTICLES; i++) {
        //other update code (posx, posy, angle etc etc)

          for (int j = 0; j < AMOUNTPARTICLES; j++) {

                if (i!=j && prtl[j].getAlive()==true){

                     if(hasCollided(i, j)){
                        prtl[i].setcolor(Color.BLACK);
                        prtl[j].setcolor(Color.BLACK);
                }
            }
  }

假设只有 2 个粒子，1 和 2。您将按顺序检查1,11,22,12,2

事实是，在这种情况下，您真的只需要检查 1 对 2。如果 1 击中 2，则 2 也将击中 1。因此请更改之前测试过的 for 循环跳过，并为此更改相同的数字。

public void particleUpdate(){
 for (int i = 0; i < AMOUNTPARTICLES; i++) {
        //other update code (posx, posy, angle etc etc)

          for (int j = i+1; j < AMOUNTPARTICLES; j++) {

我注意到的另一件事是您进行了 sqrt 操作，但只是为了与看起来像静态数字的内容进行比较。如果你删除它，并将它与数字的平方进行比较，你会得到很大的改进，尤其是对于你经常做的事情。

    double distance_squared = ( (dx*dx) + (dy*dy) );
    return (distance <= edges*edges);

继续寻找这样的改进。然后您可能会仔细查看其他选项，例如使用不同的类、线程等，这些都可能会改进系统。但是请确保先在可以优化的地方优化代码。这是我会尝试的其他事情的列表，大致按顺序排列。

1. 在 i 进入视野后计算任何其他东西之前，先检查一下粒子 i 是否还活着。
2. 快速浏览两对，如果它们很接近，甚至不会费心去详细检查。一种简单的方法是先检测它们是否在 x 和 y 维度内，然后再进行 sqrt 操作。始终先进行成本最低的测试，然后再进行复杂的测试。
3. 查看您的代码，看看您是否真的使用了所有计算出的值，或者您是否能够以某种方式减少操作次数。
4. 也许您可以定期对图像进行粗略的聚类，然后仅细化通过初始聚类一段时间的对象，然后执行粗略的聚类算法。
5. 您可以线程化碰撞检测。但是，如果您打算这样做，您应该只对检查进行线程化以查看是否发生了碰撞，并在所有这些线程完成后，更新 View 上的对象。
6. 研究替代架构，这可能会加快速度。